Как выбрать варистор на 220 вольт

Варистор

Обозначение, параметры и применение варисторов

Все, кто сталкивался с радиоэлектронной аппаратурой, наверняка обратили внимание, что название большинства электронных компонентов заканчивается на «стор». Резистор, транзистор, тиристор, стабистор.

Рассмотрим ещё один компонент электронных схем. Он называется варистор и представляет собой резистор, сопротивление которого меняется в зависимости от величины подаваемого напряжения.

Varistor (Variable Resistor) так и переводится – изменяющееся сопротивление. А вот так варистор обозначается на принципиальных схемах.

Английская буква U рядом с наклонной чертой указывает на то, что сопротивление электронного компонента зависит от напряжения. На схемах варистор обычно маркируется двумя буквами RU, а после них ставиться порядковый номер варистора в схеме (1, 2, 3. ).

Варистор является полупроводниковым прибором, изготовленным из порошка карбида кремния (SiC) или окиси цинка (ZnO) методом прессования. У варистора симметричная и нелинейная вольт-амперная характеристика, поэтому он может применяться в цепях постоянного и переменного тока. Варисторы обладают крайне полезным для электрических цепей качеством. Они способны резко менять своё сопротивление при превышении напряжением определённого порога срабатывания.

В случае возникновения импульса напряжения способного вывести из строя электронное устройство, варистор практически мгновенно изменяет своё сопротивление от сотен МОм до десятков Ом, то есть закорачивает цепь питания, поэтому перед варистором всегда ставится обычный плавкий предохранитель.

Раньше для таких защитных целей ставились газонаполненные разрядники, но их быстродействие и надёжность не идут ни в какое сравнение с параметрами варисторов. Например, дисковый варистор без выводов и впаиваемый непосредственно в печатную плату имеет время срабатывания не превышающее нескольких наносекунд.

Варистор подключается параллельно цепи питания. При отсутствии опасных импульсов напряжения ток, протекающий через него, имеет небольшую величину и варистор не влияет на работу схемы, так как по сути является диэлектриком.

Если возник импульс перенапряжения, варистор из-за нелинейности характеристики уменьшает своё сопротивление практически до нуля. Нагрузка шунтируется, а поглощённая энергия рассеивается в виде тепла. Варистор не обладает инерцией, поэтому после «срезания» импульса он мгновенно снова приобретает очень большое сопротивление.

Если импульс перенапряжения был слишком большой и мощный, то варистор выходит из строя. Порой его корпус трескается, а то и вообще раскалывается на несколько частей.

Бывает, что варистор очень выручает при неполадках в электросети, так как принимает высоковольтный импульс на себя и способствует скорейшему разрыву цепи. При этом основная часть схемы остаётся невредимой. На фото блок питания от проектора, который вышел из строя после скачка напряжения в электросети 220V.

После замены плавкого предохранителя работа проектора была полностью восстановлена. Никакого сложного ремонта, кроме замены предохранителя и самого варистора не потребовалось. Вот так одна небольшая деталь может спасти дорогостоящий прибор.

Параметры варисторов.

Основные параметры варисторов:

Классификационное напряжение варистора (Varistor Voltage). Это величина напряжения, при котором через варистор протекает ток величиной 1 mA. Этот параметр не является рабочим и скорее является условным. При подборе варистора следует обращать внимание на параметры, о которых речь пойдёт далее;

Максимально допустимое переменное напряжение (Maximum Allowable Voltage – ACrms). Для варисторов указывается среднеквадратичное значение переменного напряжения (rms). Это величина переменного напряжения, при котором варистор «срабатывает» и начинает пропускать через себя ток, выполняя свои защитные функции;

Максимально допустимое постоянное напряжение (Maximum Allowable Voltage – DC). Тоже, что и максимально допустимое переменное напряжение но для постоянного тока. Как правило, величина этого параметра больше, чем для переменного тока. Указывается также в вольтах (V);

Максимальное напряжение ограничения (Maximum Clamping Voltage). Это максимальное напряжение, которое способен выдержать варистор без повреждения. Как правило оговаривается для конкретной величины протекающего через варистор тока. При превышении напряжения ограничения варистор выходит из строя. Корпус варистора при этом растрескивается надвое или вовсе разлетается на куски.

Максимальная поглощаемая энергия в джоулях (Дж). Это величина максимальной энергии импульса, которую может рассеять варистор в виде тепла без угрозы разрушения самого варистора;

Время срабатывания — время, за которое варистор переходит из высокоомного состояния в низкоомное при превышении максимально допустимого напряжения. Для широко распространённых варисторов это значение составляет несколько десятков наносекунд (нс). Например, 25 нс.

Допустимое отклонение (Varistor Voltage Tolerance) – допустимое отклонение квалификационного напряжения варистора. Указывается в процентах – %. Может быть ±5%, ±10%, ±20% и т.д. В маркировке импортных варисторов значение допуска зашифровывается в маркировку варистора буквой. Например, для варисторов фирмы Joyin принято такое обозначение: K – ±10%, L – ±15%, M – ±20%, P – ±25%. Таким образом, для варистора типа JVR-07N391K – отклонение составляет не более ±10%.

При подборе варисторов для электронных схем лучше обращаться к справочному листку (даташиту) на конкретный варистор. Это будет более разумным решением, так как на корпус импортных варисторов наноситься только величина квалификационного напряжения, по которому достаточно сложно судить о параметрах защитного элемента.

Применение варисторов.

Для обычной сети 220 вольт устанавливают защитные варисторы с напряжением срабатывания 275 – 420 вольт. Вот пример надёжно защищённого сетевого фильтра.

Этот сетевой фильтр защищают три варистора. То есть надёжно блокируется проникновение импульса не только по фазовой цепи, но и по цепи нуля. Варистор RU1 стоит между фазой и нулевым проводником. Он осуществляет основную защиту. Два других RU2 и RU3 подключаются между фазой и землёй и между нулём и землёй. Очень часто бывает ситуация когда на целой улице у всех пользователей вышла из строя вся электронная бытовая аппаратура. О таких случаях были даже телепередачи, когда тысячи человек не могли разобраться на кого писать заявление в суд.

А всё дело в том, что на линии электроснабжения, питающей допустим улицу или микрорайон, вместо фазы и нуля по обоим проводам пошла фаза. Это почти верная смерть для незащищённой бытовой аппаратуры. То есть между проводами N и PE, если всё нормально, напряжения быть не должно. В случае появления фазы на проводе N варистор RU2 благополучно зашунтирует защищаемый блок. Это один из примеров использования варисторов в цепях питания бытовой электронной аппаратуры.

Миниатюрные многослойные варисторы уже давно используются в схемах мобильных телефонов и защищают их от статического электричества. Так же варисторы используются для надёжной защиты компьютерных разъёмов и выводов микропроцессоров от той же статики. Варисторы активно применяются в автомобильной электронике и телекоммуникационном оборудовании.

Варисторы можно встретить во входных цепях блоков питания. Вот фото варистора 391KD14 на плате резервируемого блока питания.

А здесь варистор FNR-14K391 установлен в схему охранного прибора «Гранит» для защиты его блока питания от всплесков напряжения в электросети 220V.

Обнаружить варистор можно и на платах электронного балласта для люминесцентных ламп. На фото показан варистор MYG-10K471, установленный в схему электронного пуско-регулирующего аппарата (ЭПРА) для четырёх линейных люминесцентных ламп. На плате он обозначен как RU.

Варисторы для защиты бытовой электроники обычно выпускаются в виде диска с двумя выводами. Чем больше диаметр диска, тем более мощный импульс напряжения способен погасить варистор. Мощность импульса или энергию, которую способен «погасить» варистор обычно измеряют в джоулях (Дж).

Вот, например, несколько варисторов. Значение диаметра варистора в миллиметрах, как правило, вводится в маркировку самого варистора, например, JVR-07N391K (диаметр – 7 мм.).

Диаметр самого большого варистора типа MYG-14K391, изображённого на фотографии – 14 мм. (

70 Дж), чуть поменьше варистор MYG-10K471 – 10 мм. (

45 Дж), а маленького JVR-07N391K – 7 мм. (

В скобках указана величина энергии поглощения в джоулях (Дж). Как видим, варистор, обладающий самым большим диаметром в 14 мм. способен погасить энергию опасного импульса в 70 джоулей, в то время как самый маленький варистор диаметром 7 мм. способен погасить всего лишь 30 джоулей. Таким образом, по величине диаметра варистора можно косвенно судить о его максимальной энергии поглощения. Понятно, что в электронные схемы предпочтительнее устанавливать варисторы, рассчитанные на большую энергию поглощения. Также рекомендуется устанавливать в схему по два одинаковых варистора, включенных параллельно.

Также существуют варисторы и для SMD монтажа. По внешнему виду они напоминают SMD диоды и поэтому их достаточно сложно отличить.

Читайте также  Как правильно плавить алюминий

К варисторам отечественного производства относятся изделия марки СН2-1А, СН1-2-1, ВР-4В и др.

Конечно, у варисторов имеются недостатки, но они не столь значительны по сравнению с газоразрядными приборами. Прежде всего, варисторы обладают довольно большими шумами на низкой частоте, а также меняют свои параметры со временем и от воздействия температуры.

Стоит заметить, что среди защитных компонентов кроме варистора существует ещё один электронный компонент – супрессор. Это так называемый защитный диод или трансил. По своим функциям (но не устройству!) он чем-то похож на варистор, но обладает большим быстродействием и, как правило, используется в низковольтных цепях.

Кроме маломощных варисторов, которые применяются для защиты бытовой аппаратуры, промышленность выпускает очень мощные варисторы на большие напряжения и токи. Они используются на трансформаторных подстанциях и всегда включаются в системы грозозащиты.

При установке варисторов в самодельные конструкции следует иметь в виду, что иногда, при возникновении критических условий варисторы могут «взрываться» и чтобы предохранить монтаж и другие радиоэлектронные компоненты от последствий такого «взрыва» их стараются помещать в защитные экраны. Если сравнивать варисторы из карбида кремния и оксида цинка то, по мнению специалистов, вторые предпочтительнее.

Как подобрать аналог варистора

В предыдущей статье, посвящённой варисторам, мы рассказали как именно заменить варистор и маркировку варисторов.

Но очень часто нам задают вопрос, каким варистором заменить сгоревший, как подобрать аналог и у всех-ли варисторов одинаковая маркировка.

Подбирать варисторы для замены логичней не по фирме производителю и не по цвету, а по:

  • напряжению
  • диаметру.

Диаметр соответствует способности варистора поглотить определённую мощность импульса, поэтому следует заменять на такой же, или больше.

Напряжение срабатывания можно узнать по маркировке — из таблицы и по нему подобрать аналог из имеющихся.

Если маркировка не сохранилась, то подобрать можно по:

  • функциональному назначению
  • по электронной схеме

К примеру, если он стоит на входе прибора работающего от переменной сети 220 В, то как правило, он рассчитан на классификационное напряжение — 470 В, 560 В реже 430 В.

Это соответствует среднеквадратичному значению переменного напряжения 300 В, 350 В и 275 В соответственно. В подавляющем большинстве случаев ставят на напряжение 470 В, тогда исключаются частые сгорания предохранителя и радиоэлементы платы защищены надёжней.

Параметры и маркировка варисторов разных производителей

Как измерить параметры варистора

Если у вас есть варистор со стёртой маркировкой или такой нет в таблице аналогов, то вполне возможно измерить напряжение срабатывания варистора.

Для этого достаточно подключить его к блоку питания, который может обеспечить необходимое напряжение и у которого можно ограничить максимальный ток, чтобы варистор не разрушился (полярность подключения не имеет значения)

У меня к сожалению такого под рукой не оказалось, поэтому я выбрал другой способ. Я подключил варистор к мегомметру, который измеряет сопротивление высоким напряжением, у данного прибора три предела 250 В, 500 В и 1000 В, что оказалось вполне достаточно.

Я проверял два варистора — на 470 В и на 680 В, первый на пределе 500 В, второй 1000 В.

Как видно на фото, параметры вполне укладываются в допуск 10%.

Перед измерением обязательно прочтите инструкцию к прибору и убедитесь, что данная операция не повредит его, а также соблюдайте все требования по технике безопасности при работе с высоким напряжением.

Как выбрать варистор на 220 вольт

Как упомянуто выше, в сети 220 В может оказаться этих вольт не 220, а существенно больше. Если это короткие (до нескольких миллисекунд) импульсы, то с ними справятся варисторы на входе (большие силовые варисторы, а не детальки несколько миллиметров диаметром).

Но что делать если напряжение повысилось на секунды, а то и минуты? Например, при классической неисправности на трехфазном щите: обрыве или отгорании нуля, в в розетках вместо 220 В окажется 380 В. Отчего сгорит большинство подключенной постоянно в розетку техники (компьютер, холодильник, стиральная машина, ТВ, роутер, посудомойка и т.д.) с весьма вероятным вариантом в виде пожара (наберите в поисковике что-то вроде «380 В вместо 220 В» и почитайте). Замыкания между проводами ЛЭП от ветра, старт больших электродвигателей, работа электросварки могут дать всплески перенапряжения в десятки миллисекунд, что тоже не пойдет на пользу технике, включенной в ваши розетки.

Конечно, виновные в этом ущерб вам должны возместить. По идее. Но потом. Месяцев через несколько. Может быть. Если вы их найдете. И через суд сможете доказать что они виноваты. И документально докажете в суде величину ущерба (если вы, конечно, чеки от покупок техники сохранили).

Чтобы избегать таких приключений, намного разумнее иметь автомат, который отключит ваше жилище при аварийном повышении напряжения в сети. Лучше час посидеть без электричества, чем неделями бегать с бумагами и ремонтом.

Такие автоматы выпускаются промышленно называются «устройство защиты от перенапряжений». Они вполне решают свою задачу, но имеют пару минусов:

  1. Размер. Они монтируются на DIN рейку, и если в щитке не хватает места, то ставить такой автомат некуда.
  2. Немалая цена. 30 . 50 EUR.

Ниже описан простой автомат из 11-ти деталей общей стоимостью ниже 5 EUR, монтируемый на небольшую печатную плату, помещающуюся под стандартное УЗО (устройство защитного отключения) или дифавтомат (в принципе, то же самое УЗО, только с дополнительной функцией отключения при перегрузке по току).

У вас же, надеюсь, в щитке на входе в дом или квартиру есть УЗО или дифавтомат? Если вдруг нет, бросьте читать и немедленно поставьте — это необходимо для безопасности по многим причинам.

Идея защиты от перенапряжения очень проста: если напряжение стало выше допустимой границы, то надо искусственно сделать небольшой перекос токов после УЗО или дифавтомата. А они, увидев такое безобразие, отключат вашу сеть.

На первый взгляд кажется, что для этого достаточно мощного стабилитрона вольт на 350. 360, включенного в диагональ УЗО.

Но гладко было на бумаге. На практике же такое решение (с мощным стабилитроном, например, серии 1,5КЕ), оказалось плохим. УЗО отключалось при относительно коротких импульсах перенапряжения (варисторы на входе были), которые не причиняли вреда. В результате несколько раз в неделю УЗО обесточивало дом зря, что весьма неудобно в эксплуатации.

Изучение вопроса показало, что отключающая всё защита от перенапряжения должна не реагировать на всплески короче 20. 40 мС, иначе ложных срабатываний не избежать. Для этого стабилитрон, включаемый в диагональ УЗО должен быть «медленным».

Именно такое решение показано на следующем рисунке. УЗО и варисторы R8, R9 предполагаются у вас уже имеющимися (и то, и другое необходимо в любом случае — поставьте).

Диодный мост VD1 (должен быть на входное напряжение выше

600 В — запас тут не вреден, неизвестно какие импульсы перенапряжения могут придти снаружи) выпрямляет входное напряжение, делитель R1 . R4 понижает его до требуемого порога (около 10 В). Конденсатор С1 обеспечивает требуемые «тормоза», т.е. делает наш стабилитрон не реагирующим на импульсы короче нескольких миллисекунд.

Ключ на высоковольтном VT1 срабатывает, когда напряжение на С1 достигнет суммы напряжений стабилизации VD2 (около 6 В) + отсечки VT1 (около 4 В для данного транзистора), т.е. в сумме около 10 В.

При открывании VT1 по диагонали УЗО оказываются включенными резисторы R7, R8 (через VD1). При этом через УЗО протекает ток перекоса около 30 mA и оно отключается, обесточивая нагрузки. Если ваше УЗО рассчитано на другой ток, соответственно измените резисторы R7, R8. Мощность этих резисторов не требуется слишком большой. Резисторов по 1 Вт вполне хватит: они они находятся под током не более 0,1 с (время задержки нашего стабилитрона + время срабатывания УЗО). За столь короткое время резисторы вполне выдерживают перегрузку в несколько раз по мощности.

Порог срабатывания защиты по напряжению устанавливается резистором R3, длительность игнорируемых коротких импульсов — емкостью C1.

Настраивается устройство так:

  1. До включения R3 ставится в нижнее (минимального сопротивления) положение.
  2. Включив, убедитесь в отсутствии срабатывания УЗО. Если оно есть, то или неисправен транзистор (заменить), или напряжения стабилитрона и отсечки транзистора сильно отличаются от приведенных на схеме данных (соответственно уменьшить R1).
  3. Медленно увеличивая сопротивление R3 получить срабатывание УЗО. Если не получается, то или неисправен VT1 (заменить), или напряжения стабилитрона и отсечки транзистора сильно отличаются от приведенных на схеме данных (соответственно увеличить R1).
  4. Открутить немного R3 назад и включить УЗО. Всё, устройство в работе: постоянно измеряет входное напряжение и отключит нагрузку при перенапряжении, длящемся более 20 . 40 мС.
Читайте также  Краскопульт пневматический как выбрать

Если в процессе эксплуатации будут ложные срабатывания (это зависит от того какого вида импульсы и выбросы бегают по именно вашей сети), то или немного повысьте порог срабатывания (уменьшением R3), или время задержки (увеличив номинал C1).

В дежурном состоянии устройство потребляет ток

Варистор варистору рознь: надежная защита от скачков напряжения

Варисторы – надежное средство для подавления скачков напряжения в первичных электрических цепях. Компания Littelfuse выпускает широкую линейку этих изделий, состоящую из нескольких серий, в числе которых – лидеры отрасли по рассеиваемой энергии, индустриальные варисторы серии C-III.

Чтобы быть уверенным в надежном функционировании разрабатываемого устройства, нужно уже на ранних этапах разработки продумать подавление скачков напряжения. Это может быть комплексной задачей, потому что электронные компоненты очень чувствительны к переходным процессам. Разработчик должен определить тип угрозы, из-за которой могут возникать скачки напряжения, и то, каким стандартам должно соответствовать устройство, исходя из области его применения. Варисторы чаще всего применяются для подавления скачков напряжения в первичных цепях. Компаний-производителей варисторов на рынке немало. Рассмотрим различные типы варисторов, остановимся на их физической сущности и сравним варисторы лидера рынка защитных компонентов – компании Littelfuse – с варисторами других популярных производителей – Epcos и Fenghua.

Варистор – электронный прибор, сопротивление которого нелинейно меняется с изменением подаваемого на него напряжения, его вольт-амперная характеристика (ВАХ) схожа с ВАХ двунаправленных диодов Зенера. Варистор состоит, в основном, из оксида цинка ZNO с небольшим содержанием висмута, кобальта, магния и других элементов. Варистор из оксида металла (Metal Oxide Varistor или MOV) спекается в процессе производства в керамический полупроводник с кристаллической микроструктурой, которая позволяет рассеивать очень большие энергии, поэтому варисторы часто используются для защиты от скачков напряжения, вызванных ударами молний, связанных с переходными процессами, с индуктивными нагрузками, электростатическими разрядами в цепях переменного и постоянного тока, а также в промышленных линиях питания. Помимо этого, варисторы используются в сетях с постоянным напряжением, например, в низковольтных источниках питания или автомобильных цепях. Процесс производства варисторов позволяет придать им разнообразную форму. Однако наиболее распространенным форм-фактором варисторов является диск c радиальными выводами.

Характеристики варистора

Тело варистора представляет собой изотропную гранулярную структуру оксида цинка ZnO (рисунок 1). Гранулы отделены друг от друга, и их граница разделения имеет ВАХ, схожую с p-n-переходом в полупроводниках. Эти границы при низких напряжениях имеют очень низкую проводимость, которая нелинейно увеличивается с увеличением напряжения на варисторе.

Рис. 1. Фотография гранулярной структуры варистора, сделанная с помощью электронного микроскопа

Симметричная ВАХ показана на рисунке 2. Благодаря ей варистор отлично справляется с подавлением скачков напряжения. Когда они появляются в цепи, сопротивление варистора уменьшается во множество раз: от почти непроводящего состояния до высокопроводящего, уменьшая импульс напряжения до безопасного для цепи значения. Таким образом, потенциально опасная для элементов цепи энергия входного импульса напряжения абсорбируется варистором и защищает компоненты, чувствительные к скачкам напряжения.

Рис. 2. Симметричная ВАХ варистора

В местах соприкосновения микрогранул варистора возникает эффект проводимости. Так как количество гранул в объеме варистора очень велико, абсорбируемая варистором энергия значительно превышает энергию, которая может пройти через единичный p-n переход в диодах Зенера. В процессе прохождения тока через варистор весь проходящий заряд равномерно распределяется по всему объему. Таким образом, количество энергии, которую может абсорбировать варистор, напрямую зависит от его объема. Величина рабочего напряжения варистора и максимального тока зависят от расстояния между электродами, между которыми находятся гранулы оксида цинка. Однако есть множество других технологических моментов, которые обуславливают эти электрические параметры: технология гранулирования и спекания, влияющая на размер гранул и их площадь соприкосновения, присоединение металлических выводов, покрытие варистора, легирующие добавки. Например, диапазон рабочих температур дисковых варисторов зависит от типа покрытия диска: у варисторов с эпоксидным покрытием диапазон -55…85°С, у фенолового покрытия, встречающегося у варисторов Littelfuse серии C-III, этот диапазон расширен до 125°С. Также расширенный диапазон рабочих температур имеет большинство серий варисторов для поверхностного монтажа.

Рассмотрим подробнее принцип работы варистора.

В его корпусе между металлическими контактами находятся гранулы со средним размером d (рисунок 3).

Рис. 3. Схематическое изображение микроструктуры металл-оксидного варистора

Токопроводящие гранулы оксида цинка со средним размером гранулы d разделены между собой межгранулярными границами.

При разработке варистора для заданного номинального напряжения Vn основным параметром является количество гранул n, заключенных между контактами, что, в свою очередь, влияет на размер варистора. На практике его материал характеризуется градиентом напряжения В/мм, измеренном в коллинеарном направлении с нормалью к плоскости варистора. Для контроля состава и условий производства градиент должен быть постоянным. Так как физические размеры варистора имеют определенные пределы, то сочетание примесей в составе прибора позволяет достичь заданного размера гранул и нужного результата.

Фундаментальным свойством ZnO-варистора является его практически постоянное падение напряжения на границах гранул во всем объеме. Наблюдения показывают, что вне зависимости от вида варистора, падение напряжения на границе соприкосновения гранул всегда составляет 2…3 В. Падение напряжения на границах гранул не зависит и от размера самих гранул. Таким образом, если опустить разные способы производства и легирования оксида цинка, то напряжение варистора будет зависеть от его толщины и размера гранул. Эта зависимость может быть легко выражена в следующем виде (формула 1):

, (1)

где d – средний размер гранулы.

,

получаем данные, представленные в таблице 1.

Таблица 1. Зависимость структурных параметров варистора от напряжения

Напряжение варистора Vn – это напряжение на вольт-амперной характеристике, где происходит переход из слабопроводящего состояния на линейном участке графика в нелинейный режим высокопроводящего состояния. По общей договоренности для стандартизации измерений был выбран ток 1 мА.

Несмотря на то, что варисторы могут за несколько микросекунд абсорбировать большое количество энергии, они не могут продолжительно находиться в проводящем состоянии. Поэтому в некоторых случаях, когда, например, напряжение в сети на продолжительное время увеличивается до уровня срабатывания, варистор начинается сильно греться. Его перегрев может закончиться возгоранием (рисунок 4). Для защиты от этого стали применяться термисторы. Варистор со встроенным термистором защищен от перегрева, что продлевает его срок службы и защищает устройство от возможного возгорания.

Рис. 4. Результат увеличения напряжения в сети на продолжительное время

Проведем сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua с рабочим напряжением 250 и 275 В (АС rms) и диаметром диска 10, 14 и 20 мм.

Как видно из таблицы 2, рассеиваемая варистором энергия зависит не только от его размеров, но и от технологии производства и материалов, которые использованы для выпуска серии. Заметим, что серия индустриального класса С-III производства компании Littelfuse вышла на первое место, серия UltraMOV тоже показала очень высокие характеристики, оказавшись на уровне конкурентов – серии Advanced производства Epcos. Также можно отметить, что варисторы C-III при меньшем габарите (D = 14 мм) имеют большую энергию рассеивания, чем стандартные серии конкурентов, имеющие большие размеры (D = 20 мм), а разница в рассеиваемой энергии между качественными варисторами в корпусе D = 20 мм и стандартными варисторами в корпусе D = 10 мм может отличаться на порядок.

Таблица 2. Сравнительный анализ наиболее популярных варисторов производства компаний Littelfuse, Epcos и Fenghua

Наименование Производитель Серия D, мм VRMS, В Imax (8/20 мкс), А Wmax (2 мс), Дж
V275LA40CP Littelfuse C-III 20 275 10000 320
V250LA40CP Littelfuse C-III 20 250 10000 300
B72220S2271K101, S20K275E2 Epcos AdvanceD 20 275 10000 215
B72220S2251K101, S20K250E2 Epcos AdvanceD 20 250 10000 195
V20E275P Littelfuse UltraMOV® 20 275 6500 190
V20E250P Littelfuse UltraMOV® 20 250 6500 170
B72220S0271K101, S20K275 Epcos StandarD 20 275 8000 151
V275LA20CP Littelfuse C-III 14 275 6500 145
FNR-20K431 Fenghua General 20 275 6500 140
B72220S0251K101, S20K250 Epcos StandarD 20 250 8000 140
V250LA20CP Littelfuse C-III 14 250 6500 135
FNR-20K391 Fenghua General 20 250 6500 130
B72214S2271K101, S14K275E2 Epcos AdvanceD 14 275 6000 110
V14E275P Littelfuse UltraMOV® 14 275 4500 110
B72214S2251K101, S14K250E2 Epcos AdvanceD 14 250 6000 100
V14E250P Littelfuse UltraMOV® 14 250 4500 100
FNR-14K431 Fenghua General 14 275 4500 75
B72214S0271K101, S14K275 Epcos StandarD 14 275 4500 71
FNR-14K391 Fenghua General 14 250 4500 70
V275LA10CP Littelfuse C-III 10 275 3500 70
B72214S0251K101, S14K250 Epcos StandarD 14 250 4500 65
V250LA10CP Littelfuse C-III 10 250 3500 60
B72210S2271K101, S10K275E2 Epcos AdvanceD 10 275 3500 55
V10E275P Littelfuse UltraMOV® 10 275 2500 55
B72210S2251K101, S10K250E2 Epcos AdvanceD 10 250 3500 50
V10E250P Littelfuse UltraMOV® 10 250 2500 50
FNR-10K431 Fenghua General 10 275 2500 45
B72210S0271K101, S10K275 Epcos StandarD 10 275 2500 43
FNR-10K391 Fenghua General 10 250 2500 40
B72210S0251K101, S10K250 Epcos StandarD 10 250 2500 38
Читайте также  Как подобрать диаметр сверла под дюбель

Обзор варисторов производства компании Littelfuse c разбивкой на серии и области применения представлен в таблице 3.

Таблица 3. Области применения варисторов Littelfuse

Что такое варистор и для чего он нужен?

Принцип действия

Варистор — это полупроводниковый прибор с симметричной нелинейной вольтамперной характеристикой. По ее форме можно сделать вывод о том, что варистор работает и в переменном и в постоянном токе. Рассмотрим её подробнее.

В нормальном состоянии ток через варистор предельно мал, его называют током утечки. Его можно рассматривать как диэлектрический компонент с определенной электрической емкостью и можно говорить, что он не пропускает ток. Но, при определенном напряжении (на картинке это + — 60 Вольт) он начинает пропускать ток.

Другими словами, принцип работы варистора в защитных цепях напоминает разрядник, только в полупроводниковом приборе не возникает дугового разряда, а изменяется его внутреннее сопротивление. При уменьшении сопротивления, ток с единиц микроампер возрастает до сотен или тысяч Ампер.

Условное графическое изображение варистора в схемах:

Обозначение элемента на схемах напоминает обычный резистор, но перечеркнутый по диагонали линией, на которой может быть нанесена буква U. Чтобы найти на плате или в схеме этот элемент – обращайте внимание на подписи, чаще всего они обозначаются, как RU или VA.

Внешний вид варистора:

Варистор устанавливают параллельно цепи для ее защиты. Поэтому при импульсе напряжения защищаемой цепи — энергия поступает не в устройство, а рассеивается в виде тепла на варисторе. Если энергия импульса слишком велика — варистор сгорит. Но понятие сгорит размазано, варианта развития два. Либо варистор просто разорвет на части, либо его кристалл разрушится, а электроды замкнутся накоротко. Это приведет к тому, что выгорят дорожки и проводники, или произойдет возгорание элементов корпуса и других деталей.

Чтобы этого избежать перед варистором, последовательно со всей цепью на сигнальный или питающий провод устанавливают предохранитель. Тогда в случае сильного импульса напряжения и долговременного срабатывания или перегорания варистора сгорит и предохранитель, разорвав цепь.

Если сказать вкратце, для чего нужен такой компонент — его свойства позволяют защитить электрическую цепь от губительных всплесков напряжения, которые могут возникать как на информационных линиях, так и на электрических линиях, например, при коммутации мощных электроприборов. Мы обсудим этот вопрос немного ниже.

Устройство

Варисторы устроены достаточно просто — внутри есть кристалл полупроводникового материала, чаще всего это Оксид Цинка (ZiO) или Карбид Кремния (SiC). Прессованный порошок этих материалов подвергают высокотемпературной обработке (запекают) и покрывают диэлектрической оболочкой. Встречаются либо в исполнении с аксиальными выводами, для монтажа в отверстия на печатной плате, а также в SMD-корпусе.

На рисунке ниже наглядно изображено внутреннее устройство варистора:

Основные параметры

Чтобы правильно подобрать варистор, нужно знать его основные технические характеристики:

  1. Классификационное напряжение, может обозначаться как Un. Это такое напряжение, при котором через варистор начинает протекать ток силой в 1 мА, при дальнейшем превышении ток лавинообразно увеличивается. Именно этот параметр указывают в маркировке варистора.
  2. Номинальная рассеиваемая мощность P. Определяет, сколько может рассеять элемент с сохранением своих характеристик.
  3. Максимальная энергия одиночного импульса W. Измеряется в Джоулях.
  4. Максимальный ток Ipp импульса. При том что фронт нарастает в течении 8 мкс, а общая его длительность — 20 мкс.
  5. Емкость в закрытом состоянии — Co. Так как в закрытом состоянии варистор представляет собой подобие конденсатора, ведь его электроды разделены непроводящим материалом, то у него есть определенная емкость. Это важно, когда устройство применяется в высокочастотных цепях.

Также выделяют и два вида напряжений:

— максимальное действующее или среднеквадратичное переменное;

  • Um= — максимальное постоянное.
  • Маркировка и выбор варистора

    На практике, например, при ремонте электронного устройства приходится работать с маркировкой варистора, обычно она выполнена в виде:

    20D 471K

    Что это такое и как понять? Первые символы 20D — это диаметр. Чем он больше и чем толще — тем большую энергию может рассеять варистор. Далее 471 — это классификационное напряжение.

    Могут присутствовать и другие дополнительные символы, обычно указывают на производителя или особенность компонента.

    Теперь давайте разберемся как правильно выбрать варистор, чтобы он верно выполнял свою функцию. Чтобы подобрать компонент, нужно знать в цепи с каким напряжением и родом тока он будет работать. Например, можно предположить, что для защиты устройств, работающих в цепи 220В нужно применять варистор с классификационным напряжением немного выше (чтобы срабатывал при значительных превышениях номинала), то есть 250-260В. Это в корне не верно.

    Дело в том, что в цепях переменного тока 220В — это действующее значение. Если не углубляться в подробности, то амплитуда синусоидального сигнала в корень из 2 раз больше чем действующее значение, то есть в 1,41 раза. В результате амплитудное напряжение в наших розетках равняется 300-310 В.

    Где 1,1 – коэффициент запаса.

    При таких расчетах элемент начнет срабатывание при скачке действующего напряжения больше 240 Вольт, значит его классификационное напряжение должно быть не менее 370 Вольт.

    Ниже приведены типовые номиналы варисторов для сетей переменного тока с напряжением в:

    120)– 271k;
    200В (180

    220) – 431k;
    240В (210

    250) – 471k;
    240В (240

    Применение в быту

    Назначение варисторов — защита цепи при импульсах и перенапряжениях на линии. Это свойство позволило рассматриваемым элементам найти свое применение в качестве защиты:

    • линий связи;
    • информационных входов электронных устройств;
    • силовых цепей.

    В большинстве дешевых блоков питания не устанавливают никаких защит. А вот в хороших моделях по входу устанавливают варисторы.

    Кроме того, все знают, что компьютер нужно подключать к питанию через специальный удлинитель с кнопкой — сетевой фильтр. Он не только фильтрует помехи, в схемах нормальных фильтров также устанавливают варисторы.

    Часто электрики рекомендуют защитить китайские светодиодные лампы, установив варистор параллельно патрону. Также защищают и другие устройства, некоторые монтируют варистор в розетку или в вилку, чтобы обезопасить подключаемую технику.

    Чтобы защитить всю квартиру — вы можете установить варистор на дин-рейку, в хороших устройствах в корпусе расположены настоящие мощные варисторы диаметром с кулак. Примером такого устройства является ОИН-1, который изображен на фото ниже:

    В заключение хотелось бы отметить, что назначение варистора – защитить какую-либо электрическую цепь. Принцип работы основан на изменении сопротивления полупроводниковой структуры под воздействием высокого напряжения. Напряжение, при котором через элемент начинает течь ток силой 1 мА называют классификационным. Это и диаметр элемента есть основными параметрами при выборе. Пожалуй, мы доступно объяснили, что такое варистор и для чего он нужен, задавайте вопросы в комментариях, если вам что-то непонятно.

    Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео по теме статьи:

    Наверняка вы не знаете: